海绵城市论文

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海绵城市理念在改造设计的应用

学术杂志网   |   2020-06-08

摘要:池州市作为我国第一批海绵城市的试点之一以及安徽省唯一一个试点城市,其海绵城市建设备受期待。池州市人民东路改造工程根据海绵城市理念,通过设置透水铺装、透水沥青混凝土等透水材料、结合“渗、滞、蓄、净、排”设置下沉式绿化带、开口式侧石等方式实现道路改造设计中的海绵城市理念。

关键词:海绵城市;市政道路设计;年径流总量控制率;应用;排水

1海绵城市理念

海绵城市顾名思义指城市就像一块海绵,能够灵活的面对自然灾害,对环境变化的适应力也高,下雨时吸水、蓄水、渗水、净水,在需要的时候就将储存的水从海绵里挤出来使用。它可以充分发挥降水的渗透作用,将降水通过大自然特有的自然元素过滤净化后,自主适应环境变化。大部分雨水被自然元素留住,就可以减轻自然灾害的侵袭,生态环境可以发挥其最大效益[1],海绵城市建设既要通过大自然的力量转换雨水,还要结合人工途径,要具体情况具体分析,既要确保城市排水防涝的安全,又要尽可能实现雨水在城市里的积留、净化和渗透,提高雨水的循环利用和维护自然环境。海绵城市技术的应用,不仅可以有效的解决城市的内涝问题,还能有效的解决城市干旱问题。
2项目概况与设计指标

池州市人民东路改造工程位于规划的森林公园内,是池州首批老路改造海绵城市试点项目之一,也是池州市“海绵城市”与“城市绿道”相结合的重点工程。该道路设计红线宽40.0m,全长约1.3km,属于城市主干路,设计时速50km/h。

2.1道路部分

2.1.1机动车道①4cm细粒式透水沥青混凝土PAC-13C;②8cm中粒式透水沥青混凝土PAC-20C;③18cm骨架空隙型水泥稳定碎石;④18cm骨架空隙型水泥稳定碎石;⑤20cm级配碎石。2.1.2非机动车道①4cm细粒式透水彩色沥青混凝土PAC-13C(铁红色);②5cm中粒式透水沥青混凝土PAC-16C;③20cm骨架空隙型水泥稳定碎石;④20cm级配碎石。2.1.3人行道①5cm人行道透水砖;②3cm干硬性水泥砂浆;③15cm骨架空隙型水泥稳定碎石;④15cm级配碎石。

2.2排水部分

2.2.1暴雨强度公式池州市暴雨强度公式:q=785.524(1+0.58lgP)/(t+1.82)0.461其中:q—暴雨强度(升每秒·公顷)p—重现期(采用2年)t—降雨历时(min)t=t1+t2t1—地面集水时间(取t1=10min)t2—管渠内雨水流行时间(min)径流系数ψ的采用:路面径流系数取0.9。2.2.2开口立缘石收集雨水计算公式开口立缘石流量计算公式:Q=KCA(2gH)0.5其中:Q—设计流量(升每秒·公顷)K—孔口阻塞系数,取2/3C—孔口流综合流量系数,取0.67A—过水面积(m2)H—开口立缘石前水深(m)路缘石开口高为0.4,宽为0.3,进水孔口有效面积为0.03。Q=0.03×0.6×姨2××9.8×0.06××2÷3=0.013m3/s路缘石开口的泄水能力Q为13L/s,本次开口立缘石设置间隔为20m。本次工程共设置开口立缘石250处。2.2.3单位面积控制容积单位面积控制容积:V单位面积=10Hφ其中:V单位面积—单位面积的设计调蓄容积(m3)H—设计降雨量(mm),参照附近天堂湖区域,按80%控制率。φ—综合雨量径流系数根据80%的年径流总量控制率目标,查本上表得到对应的设计降雨量H=32.5mm。道路横断分两段排水,车行道与非机动车道排入绿化带,人行道排入植草沟。用加权平均法计算道路的综合雨量径流系数φ,再通过上述公式计算控制容积,计算过程如下。①车行道侧Φ1=(φ绿地F绿地+φ车行道F车行道)/(F绿地+F车行道)=(0.10×4761.78+0.9×40719.79)/(40719.79+4761.78)=0.8。总控制容积V1=10Hφ(F绿地+F行车道)=10×32.5×0.8×45481.57/10000=1182.5208m3。②人行道侧Φ2=(φ植草沟F植草沟+φ人行道F人行道)/(F绿地+F车行道+F透水砖步行道)=(0.10×1784.8+0.4×7467.96)/(7467.96+1784.8)=0.34。总控制容积V2=10Hφ(F植草沟+F人行道)=10×32.5×0.34×9252.76/10000=102.24m3。

3道路设计中海绵城市技术的应用

在设计时,海绵城市的设计理念包括以下几个方面。①“渗”。在此次人民东路改造设计中,大量的使用了强度好和透水性优良的透水性铺装材料,在机动车道部分和非机动车道部分均采用了不同形式的透水性沥青混凝土和空隙型水泥稳定碎石,在人行道则采用了透水砖(如图2所示),透水性道路表面的雨水会直接渗透到地下,这样可以直接流入江河湖海而不需要市政排水系统,雨水在流入地下时,经过土层的层层过滤作用还能够使雨水变干净,从而补充土壤里面的地下水分,有效缓解城市不透水硬化地面对于城市水资源的不良影响。通过渗水铺装及路面,可以充分增加雨水径流时间,从而使雨水进入绿化带的时间增长,避免绿化带的内涝。②“滞”。通过透水铺装不仅可以实现“渗”的理念,同样可以削弱降雨径流,延缓洪峰,避免短时间的暴雨使周边水位急速飞涨,进而体现海绵城市设计理念中的“滞”。同样本次设计采用了下沉式绿化、现状绿化带设置植草沟等方式来实现海绵城市中的“滞”工程。在本次人民东路改造设计中,沿道路两侧路肩外的边沟设置植草沟(见图3),植草沟宽0.8m,深约0.3m(以路面为基准高度)(见图4)。不仅可以增大雨水的阻力,也可以降低雨水径流的流速,雨水汇流的时间就会增加,雨水最大流量的出现时间也会相对变缓慢,起到消减最大流量的作用。现在,我国大多数城市绿化工程项目的操作过程中,其路面高度大多数低于绿地高度,这样做没办法充分地吸收利用自然的雨水。而海绵城市的建设,需要具备较好的吸水性,所以为了保证海绵城市建设的运行效果,其下沉式绿地是一种相对有效的措施[6]。在人民东路改造中,道路中的绿地高程低于路面(见图5)。通过绿地的吸收以及植草对雨水径流的阻拦,实现了削减降雨径流和降低水量高峰的用途。对于机非动道路隔离带及道路外侧绿化带,如果两侧的地块稍高,导致了绿化带内的雨水无法排出,可在沟内设置雨水口溢流设施,将多余的雨水通过溢流雨水口排至雨水管道中。③“蓄”。人民东路改造项目内存在一个湿地公园,公园的现状水系及规划水系十分丰富,公园通过人工挖掘,形成土壤中间凹陷而四周凸起的地形,通过净化后雨水可直接续存公园内。既可以充分发挥地形,因地制宜的储存雨水,也可以充分的将雨水用于公园植被的维护中,充分利用水资源,从而节约了生活用水。④“净”。通过透水路面的雨水,经过土壤层层过滤和吸附,可以有效减少雨水中的杂质。土壤中还含有大量的微生物,通过微生物的降解功能能够实现对水体的高效净化,即减少了水体污染,还能够补充地下水。而通过设置下沉式绿化以及绿化带设置植草沟,利用绿化带里种植的植物实现雨水的“净化”目的。本设计还在雨水口和检查井处设置截污挂篮,它们能够拦截雨水携带的固体颗粒以及悬浮性物质,起到了对雨水的初步净化作用,对于城市生态环境保护有重要意义。⑤“排”。在传统城市中,一旦面临暴雨,城市的排洪能力十分低下,造成了城市内的大面积积水,给人们生活带来了十分严重的困扰。而通过大力发展海绵城市,可以很好的将雨水这个“包袱”转为城市“解渴”的财富。在人民东路改造设计中,至始至终都在贯彻海绵城市的理念,对于排水方面的处理,一方面通过降低绿化带标高、路缘石开口改造等方式将道路径流引到绿化空间,通过设置植草沟排向水系或湿地,减少城市内涝。另一个方面是按照常规的设计沿道路网铺设雨水管网,从而将暴雨及时排出。

4结论

通过对老路改造,新建透水沥青路面、透水人行道、雨水末端处理等进行净化雨水。安徽地区在此工程之前尚无成功的老路改造设计和施工经验。同时本项目也是池州首批城市绿道项目之一。本工程的成功实施,为池州乃至安徽江南地区积累了一定的海绵城市及城市绿道经验,为今后类似的项目提供参考。

参考文献

[1]颜利民.海绵城市建设理念在园林景观中的实践[J].居舍,2019(08):116.

[2]张晓雅.珠海某片区海绵城市设计方案分析[J].低碳世界,2019,9(02):143-144.

[3]周玉文.海绵城市建设中的设计暴雨探讨[J].给水排水,2019,55(03):59-63.

[4]赵建伟.海绵城市在市政道路设计中的应用分析[J].低碳世界,2019,9(02):209-210.

[5]杜万里.海绵城市理念在市政道路工程中的应用[J].智能城市,2016,2(08):113+115.

[6]石战.城市园林绿化中海绵城市技术的应用[J].现代园艺,2019(04):155-156.

作者:胡良红 魏思锐 胡润 单位:中国华西工程设计建设有限公司安徽分公司

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